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鑒于電源電路存在一些不穩(wěn)定因素，而設(shè)計(jì)用來(lái)防止此類不穩(wěn)定因素影響電路效果的回路稱作保護(hù)電路,。在各類電子產(chǎn)品中，保護(hù)電路比比皆是,，例如：過(guò)流保護(hù),、過(guò)壓保護(hù),、過(guò)熱保護(hù)、空載保護(hù),、短路保護(hù)等等,，本文就整理了一些常見的保護(hù)電路。

電機(jī)過(guò)熱保護(hù)電路

生產(chǎn)中所用的自動(dòng)車床,、電熱烘箱,、球磨機(jī)等連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)電設(shè)備，以及其它無(wú)人值守的設(shè)備,， 因?yàn)殡姍C(jī)過(guò)熱或溫控器失靈造成的事故時(shí)有發(fā)生,，需要采取相應(yīng)的保安措施。PTC熱敏電阻過(guò)熱保護(hù)電路能夠方便,、有效地預(yù)防上述事故的發(fā)生 ,。

下圖是以電機(jī)過(guò)熱保護(hù)為例，由PTC熱敏電阻和施密特電路構(gòu)成的控制電路,。圖中，RT1,、RT2,、RT3為三只特性一致的階躍型PTC熱敏電阻器，它們分別埋設(shè)在電機(jī)定子的繞組里,。 正常情況下,，PTC熱敏電阻器處于常溫狀態(tài)，它們的總電阻值小于1KΩ,。此時(shí),，V1截止，V2導(dǎo)通,，繼電器K得電吸合常開觸點(diǎn),，電機(jī)由市電供電運(yùn)轉(zhuǎn)。
    

當(dāng)電機(jī)因故障局部過(guò)熱時(shí),，只要有一只PTC熱敏電阻受熱超過(guò)預(yù)設(shè)溫度時(shí),，其阻值就會(huì)超過(guò)10KΩ以上。 于是V1導(dǎo)通,、V2截止,，VD2顯示紅色報(bào)警，K失電釋放,，電機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn),，達(dá)到保護(hù)目的。

PTC熱敏電阻的選型取決于電機(jī)的絕緣等級(jí),。通常按比電機(jī)絕緣等級(jí)相對(duì)應(yīng)的極限溫度低40℃左右的范圍選擇PTC熱敏電阻的居里溫度,。例如，對(duì)于B1級(jí)絕緣的電機(jī)，其極限溫度為130℃,，應(yīng)當(dāng)選居里溫度90℃的PTC熱敏電阻,。

逆變電源中的保護(hù)電路

逆變器經(jīng)常需要進(jìn)行電流轉(zhuǎn)換,如果電路中的電流超出限定范圍，將對(duì)電路和關(guān)鍵器件造成很大傷害,，因此保護(hù)電路在逆變電源中就顯得尤為重要,。

防反接保護(hù)電路

如果逆變器沒有防反接電路，在輸入電池接反的情況下往往會(huì)造成災(zāi)難性的后果,，輕則燒毀保險(xiǎn)絲,，重則燒毀大部分電路。在逆變器中防反接保護(hù)電路主要有三種：反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路,，如下圖所示,。

由圖可以看出，當(dāng)電池接反時(shí),，肖特基二極管D導(dǎo)通,，F(xiàn)被燒毀。如果后面是推挽結(jié)構(gòu)的主變換電路,，兩推挽開關(guān)MOS管的寄生二極管的也相當(dāng)于和D并聯(lián),，但壓降比肖特基大得多，耐瞬間電流的沖擊能力也低于肖特基二極管D,，這樣就避免了大電流通過(guò)MOS管的寄生二極管,，從而保護(hù)了兩推挽開關(guān)MOS管。 

這種防反接保護(hù)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，不會(huì)影響效率,，但保護(hù)后會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲F，需要重新更換才能恢復(fù)正常工作,。 

采用繼電器的防反接保護(hù)電路,，基本電路如下：

由圖中可以看出，如果電池接反,，D反偏,，繼電器K的線圈沒有電流通過(guò)，觸點(diǎn)不能吸合,，逆變器供電被切斷,。這種防反接保護(hù)電路效果比較好，不會(huì)燒毀保險(xiǎn)絲F,，但體積比較大,，繼電器的觸點(diǎn)的壽命有限。 

采用MOS管的防反接保護(hù)電路,，基本電路如下所示：

圖中D為防反接MOS的寄生二極管,，便于分析原理畫出來(lái)了,。當(dāng)電池極性未接反時(shí)，D正偏導(dǎo)通,，Q的GS極由電池正極經(jīng)過(guò)F,、R1、D回到電池負(fù)極得到正偏而導(dǎo)通,。Q導(dǎo)通后的壓降比D的壓降小得多,，所以Q導(dǎo)通后會(huì)使D得不到足夠的正向電壓而截止。 

當(dāng)電池極性接反時(shí),，D會(huì)由于反偏而截止,，Q也會(huì)由于GS反偏而截止，逆變器不能啟動(dòng),。這種防反接保護(hù)電路由于沒有采用機(jī)械觸點(diǎn)開關(guān)而具有比較長(zhǎng)的使用壽命,，也不會(huì)像反并肖特基二極管組成的防反接保護(hù)電路那樣燒毀保險(xiǎn)絲F.因而得到廣泛應(yīng)用，缺點(diǎn)是MOS導(dǎo)通時(shí)具有一定的損耗,。足夠暢通無(wú)阻地通過(guò)比較大的電流還保持比較低的損耗,。 

電池欠壓保護(hù)

為了防止電池過(guò)度放電而損壞電池，我們需要讓電池在電壓放電到一定電壓的時(shí)候逆變器停止工作,，需要指出的一點(diǎn)是,，電池欠壓保護(hù)太靈敏的話會(huì)在啟動(dòng)沖擊性負(fù)載時(shí)保護(hù)。這樣逆變器就難以起動(dòng)這類負(fù)載了,，尤其在電池電量不是很充足的情況下。請(qǐng)看下面的電池欠壓保護(hù)電路,。 

可以看出這個(gè)電路由于加入了D1,、C1能夠使電池取樣電壓快速建立，延時(shí)保護(hù),。

鋰電池充電保護(hù)電路

鋰電池過(guò)充,，過(guò)放電都會(huì)影響電池的壽命。在設(shè)計(jì)時(shí),，要注意鋰電池的充電電壓,，充電電流。然后選取合適的充電芯片,。注意要防止鋰電池的過(guò)充,，過(guò)放，短路保護(hù)等問題,。同時(shí),，設(shè)計(jì)完成后要經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試。

鋰電池充電電路的設(shè)計(jì)

這里選擇了芯片TP4056為例子,。根據(jù)所接電阻不同可以控制充電大電流,?？梢栽O(shè)計(jì)充電指示燈，可以設(shè)計(jì)充電溫度即多少到多少度之間進(jìn)行充電,。

充電保護(hù)電路

選擇芯片DW01 和GTT8205的組合,，可以做到短路保護(hù)，過(guò)充過(guò)放電的保護(hù),。

開關(guān)電源中的過(guò)流保護(hù)電路

開關(guān)電源中常用的過(guò)流保護(hù)方式

過(guò)電流保護(hù)有多種形式,，如圖1所示，可分為額定電流下垂型,，即フ字型,；恒流型；恒功率型,，多數(shù)為電流下垂型,。過(guò)電流的設(shè)定值通常為額定電流的110％～130％。一般為自動(dòng)恢復(fù)型,。

圖1中①表示電流下垂型,，②表示恒流型，③表示恒功率型,。

圖1 過(guò)電流保護(hù)特性

用于變壓器初級(jí)直接驅(qū)動(dòng)電路中的限流電路

在變壓器初級(jí)直接驅(qū)動(dòng)的電路（如單端正激式變換器或反激式變換器）的設(shè)計(jì)中,，實(shí)現(xiàn)限流是比較容易的。圖2是在這樣的電路中實(shí)現(xiàn)限流的兩種方法,。

圖2電路可用于單端正激式變換器和反激式變換器,。圖2（a）與圖2（b）中在MOSFET的源極均串入一個(gè)限流電阻Rsc，在圖2（a）中,， Rsc提供一個(gè)電壓降驅(qū)動(dòng)晶體管S2導(dǎo)通,，在圖2（b）中跨接在Rsc上的限流電壓比較器，當(dāng)產(chǎn)生過(guò)流時(shí),，可以把驅(qū)動(dòng)電流脈沖短路,，起到保護(hù)作用。

圖2（a）與圖2（b）相比,，圖2（b）保護(hù)電路反應(yīng)速度更快及準(zhǔn)確,。首先，它把比較放大器的限流驅(qū)動(dòng)的門檻電壓預(yù)置在一個(gè)比晶體管的門檻電壓Vbe更 的范圍內(nèi),；第二,，它把所預(yù)置的門檻電壓取得足夠小，其典型值只有100mV～200mV,，因此,，可以把限流取樣電阻Rsc的值取得較小，這樣就減小了 功耗,，提高了電源的效率,。

（a）晶體管保護(hù)

（b）限流比較器保護(hù)

圖2 在單端正激式或反激式變換器電路中的限流電路

當(dāng)AC輸入電壓在90～264V范圍內(nèi)變化,，且輸出同等功率時(shí)，則變壓器初級(jí)的尖峰電流相差很大,，導(dǎo)致高,、低端過(guò)流保護(hù)點(diǎn)嚴(yán)重漂移，不利于過(guò)流點(diǎn)的一致 性,。在電路中增加一個(gè)取自＋VH的上拉電阻R1,，其目的是使S2的基極或限流比較器的同相端有一個(gè)預(yù)值，以達(dá)到高低端的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)盡量一致,。

用于基極驅(qū)動(dòng)電路的限流電路

在一般情況下,，都是利用基極驅(qū)動(dòng)電路把電源的控制電路和開關(guān)晶體管隔離開來(lái)。變換器的輸出部分和控制電路共地,。限流電路可以直接和輸出電路相接,，其電路如圖3所示。在圖3中,，控制電路與輸出電路共地,。工作原理如下：

圖3 用于多種電源變換器中的限流電路

電路正常工作時(shí)，負(fù)載電流IL流過(guò)電阻Rsc產(chǎn)生的壓降不足以使S1導(dǎo)通,，由于S1在截止時(shí)IC1=0,， 電容器C1處于未充電狀態(tài)，因此晶體管S2也截止,。如果負(fù)載側(cè)電流增加,，使IL達(dá)到一個(gè)設(shè)定的值，使得ILRsc=Vbe1＋I(xiàn)b1R1,，則S1導(dǎo)通,，使 電容器C1充電，其充電時(shí)間常數(shù)τ= R2C1,，C1上充滿電荷后的電壓是VC1=Ib2R4＋Vbe2,。在電路檢測(cè)到有過(guò)流發(fā)生時(shí),，為使電容器C1能夠快速放電,，應(yīng)當(dāng)選擇R4。

無(wú)功率損耗的限流電路

上述兩種過(guò)流保護(hù)比較有效,，但是Rsc的存在降低了電源的效率,，尤其是在大電流輸出的情況下，Rsc上的功耗就會(huì)明顯增加,。圖4電路利用電流互感器作為檢測(cè)元件,，就為電源效率的提高創(chuàng)造了一定的條件。

圖4電路工作原理如下：利用電流互感器T2監(jiān)視負(fù)載電流IL,，IL在通過(guò)互感器初級(jí)時(shí),，把電流的變化耦合到次級(jí),，在電阻R1上產(chǎn)生壓降。二極管D3對(duì)脈 沖電流進(jìn)行整流,，經(jīng)整流后由電阻R2和電容C1進(jìn)行平滑濾波,。當(dāng)發(fā)生過(guò)載現(xiàn)象時(shí)，電容器C1兩端電壓迅速增加,，使齊納管D4導(dǎo)通,，驅(qū)動(dòng)晶體管 S1導(dǎo)通，S1集電極的信號(hào)可以用來(lái)作為電源變換器調(diào)節(jié)電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào),。

圖4無(wú)功耗限流電路

電流互感器可以用鐵氧體磁芯或MPP環(huán)型磁芯來(lái)繞制,，但要經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，以確保磁芯不飽和,。理想的電流互感器應(yīng)該達(dá)到匝數(shù)比是電流比,。通常互感器的Np=1,，Ns=NpIpR1/（Vs＋VD3）,。具體繞制數(shù)據(jù)后還要經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整，使其性能達(dá)到較佳狀態(tài),。

用555做限流電路

圖5為555集成時(shí)基電路的基本框圖,。

圖5 555集成時(shí)基電路的基本框圖

555集成時(shí)基電路是一種新穎的、多用途的模擬集成電路,，有LM555,，RCA555，5G1555等,，其基本性能都是相同的,，用它組成的延時(shí)電路、單穩(wěn)態(tài)振蕩器,、多諧振蕩器及各種脈沖調(diào)制電路,，用途十分廣泛，也可用于直接變換器的控制電路,。

555時(shí)基電路由分壓器R1,、R2、R3,，兩個(gè)比較器,，R-S觸發(fā)器以及兩個(gè)晶體管等組成，電路在5～18V范圍內(nèi)均能工作,。分壓器提供偏壓給比較器1 的反相輸入端,，電壓為2Vcc/3，提供給比較器2的同相輸入端電壓為Vcc/3,，比較器的另兩個(gè)輸入端腳2,、腳6分別為觸發(fā)和門限,，比較器輸出控制R- S觸發(fā)器，觸發(fā)器輸出供給輸出級(jí)以及晶體管V1的基極,。當(dāng)觸發(fā)器輸出置高時(shí),，V1導(dǎo)通，接通腳7的放電電路,；當(dāng)觸發(fā)器輸出為低時(shí),，V1截止，輸出級(jí)提供一 個(gè)低的輸出阻抗,，并且將觸發(fā)器輸出脈沖反相,。當(dāng)觸發(fā)器輸出置高時(shí)，腳3輸出的電壓為低電平,，觸發(fā)器輸出為低時(shí),，腳3輸出的電壓為高電平。輸出級(jí)能夠提供的 大電流為200mA,，晶體管V2是PNP管,，它的發(fā)射極接內(nèi)部基準(zhǔn)電壓Vr，Vr的取值總是小于電源電壓Vcc,，因此,，若將V2的基極（腳4 復(fù)位）接到Vcc上，V2的基—射極為反偏,，晶體管V2截止,。

圖6為用555做限流保護(hù)的電路，其工作原理如下：UC384X與S1及T1組成一個(gè)基本的PWM變換器電路,。UC384X系列控制IC有兩個(gè)閉環(huán)控制回路,，一個(gè)是輸出電壓Vo反饋至誤差放大器，用于同基準(zhǔn)電壓Vref比較之后產(chǎn)生誤差電壓（為了防止誤差放大器的自激現(xiàn)象產(chǎn)生,，直接把腳2對(duì)地短接）,；另一個(gè)是變壓器初級(jí)電感中的電流在T2次級(jí)檢測(cè)到的電流值在R8及C7上的電壓，與誤差電壓進(jìn)行比較后產(chǎn)生調(diào)制脈沖的脈沖信號(hào),。

當(dāng)然,，這些均在時(shí)鐘所設(shè)定的固定頻率下工作。UC384X具有良好的線性調(diào)整率,，能達(dá)到0.01％/V,；可明顯地改善負(fù)載調(diào)整率,；使誤差放大器的外電路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)得 到簡(jiǎn)化,，穩(wěn)定度提高并改善了頻響，具有更大的增益帶寬乘積,。UC384X有兩種關(guān)閉技術(shù),；一是將腳3電壓升高超過(guò)1V,，引起過(guò)流保護(hù)開關(guān)關(guān)閉電路輸出；二 是將腳1 電壓降到1V以下,，使PWM比較器輸出高電平,，PWM鎖存器復(fù)位，關(guān)閉輸出,，直到下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的到來(lái),，將PWM鎖存器置位，電路才能重新啟動(dòng),。電流互感 器T2監(jiān)視著T1的尖峰電流值,，當(dāng)發(fā)生過(guò)載時(shí)，T1的尖峰電流迅速上升,，使T2的次級(jí)電流上升,，經(jīng)D1整流，R9及C7平滑濾波,，送到IC1的腳3,，使 IC1的腳1電平下降（注意：接IC1腳1的R3，C4必須接成開環(huán)模式,，如接成閉環(huán)模式則過(guò)流時(shí)555的腳7放電端無(wú)法放電）,。

IC1的腳1與IC2的 腳6相連接，使IC2的比較器1同相輸入端的電壓降低,，觸發(fā)器Q輸出高電平,，V1導(dǎo)通，IC2的腳7放電,，使IC1的腳1電平被拉低于1V,，則IC1輸出 關(guān)閉，S1因無(wú)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)而關(guān)閉,，使電路得到保護(hù),。若過(guò)流不消除，則重復(fù)上述過(guò)程,，IC1重新進(jìn)入啟動(dòng),、關(guān)閉、再啟動(dòng),、再關(guān)閉的循環(huán)狀態(tài),，即“打嗝”現(xiàn) 象。而且,，過(guò)負(fù)載期間,，重復(fù)進(jìn)行著啟振與停振，但停振時(shí)間長(zhǎng)，啟振時(shí)間短,，因此電源不會(huì)過(guò)熱,，這種過(guò)負(fù)載保護(hù)稱為周期保護(hù)方式（當(dāng)輸入端輸入電壓變化范圍 較大時(shí)，仍可使高,、低端的過(guò)流保護(hù)點(diǎn)基本相同）,。其振蕩周期由555單穩(wěn)多諧振蕩器的RC時(shí)間常數(shù)τ決定，本例中τ=R1C1,，直到過(guò)載現(xiàn)象消失,，電路才 可恢復(fù)正常工作。電流互感器T2的選擇同1.3的互感器計(jì)算方法,。

圖6 用555做限流保護(hù)電路

圖6電路,，可以用在單端反激式或單端正激式變換器中，也可用在半橋式,、全橋式或推挽式電路中,，只要IC1有反饋控制端及基準(zhǔn)電壓端即可，當(dāng)發(fā)生過(guò)流現(xiàn)象時(shí),，用555電路的單穩(wěn)態(tài)特性使電路工作在“打嗝”狀態(tài)下,。

幾種過(guò)流保護(hù)方式的比較

幾種過(guò)流保護(hù)方式的比較如下表所示。